KR20110055531A - 멀티엣지 드릴 - Google Patents

Abstract

제시된 발명은 멀티엣지 드릴에 관한 것으로, 특히 주강, 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조 재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 적합하다. 이때 연삭편(polished section)은 주절삭날이 서로 다른 크기의 날끝각(nose angle)을 지닌 최소 두 개의 주절삭면을 갖도록 한다. 드릴을 오래 사용했을 때 용이한 절삭을 위해, 반지름의 바깥쪽 날끝각이 반지름의 안쪽 날끝각 보다 작아야 한다.

Description

멀티엣지 드릴{Multiple edge drill}

본 발명은 특히 주강(cast steel), 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 적합한 멀티엣지 드릴에 관한 것이다.

금속의 주조재료들은 지난 수년간 높은 인성과 동시에 보다 높은 강도를 지니도록 개발되어 왔다. 금속의 주조재료 분야에서 전형적으로 사용되던 연성철(GGG) 이외에 점차적으로 구상흑연주철(GGV)의 사용이 증가하고 있다. 하지만 또한 높은 강도와 인성도를 지닌 중간단계의 템퍼링 처리가 된 주철(오스템퍼링 처리된 구상흑연주철-ADI)이 보다 자주 사용되고 있다.

이러한 종류의 재료들은 공구의 기하학과 절삭업무에 맞게 충분한 내구성을 지니도록 만들었을 경우에만 경제적으로 사용될 수 있다. 도입부에서 언급한 재료들의 절삭 시 이 공구는 비교적 높은 마모로 인해 고장을 일으킬 수 있다. 이것은 또한 불규칙적으로 생산된 즉, 약한 탄소결합 이외에 금속강화 과정(페라이트, 펄라이트 또는 마르텐사이트)으로 만들어진 주철결합물의 절삭가공에도 적용된다. 동질이 아닌 결합물로 인하여 이 공구가 발생하는 진동으로 인해 절삭가공의 정확성에 영향을 받을 수 있다는 것을 고려해야 한다.

한편으로는 높은 경도와 연삭강도, 다른 한편으로는 인성과 지속적인 회전강도를 충족시키기 위해서 절삭이 어려운 주조재료들을 포함한 재료들의 가공에 이미 ISO 513 분류에 따른 초경합금(K30~K40)으로 된 공구들이 사용되었다. 이때 절삭의 성능 즉, 원하는 절삭속도 및 절삭이송을 높이기 위해서 심지어 0,8㎛의 WC-결정체 입자크기를 지닌 초경합금을 사용했다.

이전의 특허출원 EP 1 622 735 B1의 도입부에서 설명한 종류의 드릴의 경우에는 주절삭날이 절삭각으로부터 반지름의 축 방향으로 항상 볼록하게 구부려져 형성한다. 이러한 방식으로 주절삭날을 연장하게 되면, 절삭날에 가해지는 압력이 어느 정도 줄어들 수 있다. 비슷한 시도들이 US 3,443,459, EP 0591 122 A1, US 4,116,580 및 US 1,309,706 문서에도 제시되어 있다.

EP1 622 735 B1의 종래기술에서는 일반 드릴 생산과정의 경제성을 개선하기 위해서, 높은 내구성과 가공의 정확성을 지닌 드릴이 제시되었는데, 이때 여유면은 사각 면의 형식으로 즉, 연삭편의 네 개 면의 종류에 따라 나눠지도록 만들었다. 물론 이로 인해 드릴의 연삭 시 나타나는 운동성과 관련하여 어느 정도의 제약이 따르게 된다. 현대적인 CNC-기계로 볼록한 주절삭날은 드릴 축을 위한 주절삭날이 점대칭에 정확하게 맞도록 생산될 수 있다. 물론 모든 사용자들이 충분히 복합적인 공작기계들을 구비하고 있는 것은 아니어서, 사용자들에게 이러한 잘 알려진 공구의 재연삭이 종종 어렵게 느껴질 수 있다.

그러므로 본 발명의 과제는 도입부에서 설명한 방식의 특히 주강(cast steel), 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 적합하며, 높은 내구성과 가공의 정확성을 지닌 즉, 낮은 회전 성향을 지니며 쉽게 생산 가능하고, 재연삭의 반복이 가능한 멀티엣지 드릴을 계속해서 연구하는 것을 근거로 하고 있다.

이러한 과제는 청구항 1의 특징을 통해서 해결 된다.

주절삭날은 발명에 따라 드릴의 두 개의 서로 다른 날끝각을 갖도록 변형된다. 이로써 주절삭날의 내외 면들은 단순화 된 연삭편을 통해 즉, 단순화 된 연삭-운동을 지니도록 개별적으로 생산될 수 있다. 발명에 따른 형태는 연삭편을 평평한 면을 통한 즉, 평평한 여유면과 경우에 따라 평평한 포인트 씨닝(point thinning)면을 통한 생산을 가능케 해, 드릴이 단순한 기계에서도 재연삭이 가능하도록 해주는 중심력을 지닐 수 있게 해준다. 이때 주절삭날의 비틀림은 전과 다름없이 각 주절삭날의 길이 단위 당 부가되는 하중을 비교적 적게 해주는 이점으로써 작용한다.

이로써 발명에 따른 구조를 통해 재료들이 절약된다. 왜냐하면 중심부의 비교적 큰 날끝각이 절삭각의 드릴 끝으로부터의 간격을 눈에 띄게 줄여줄 수 있기 때문이다. 그렇기 때문에 발명에 따른 드릴, 특히 드릴의 전체 또는 적어도 가장 많은 하중을 받는 절삭날 부분에 초경합금, 도성합금, 절삭세라믹 등과 같은 고경도 재료를 사용하는 것이 드릴의 구조에 적합하다. 발명에 따른 드릴의 생산에 있어서 또한 칩 형성에 실질적으로 관련된 드릴의 부분들이 단 한번의 절삭작업으로도 만들어 질 수 있도록 생산할 수 있다.

다양한 드릴-포인트 기하학을 통한 많은 실험들은 반지름의 바깥쪽 주절삭면(24)의 날끝각(WSPA)이 95~130°(최적 115~125°)사이이고, 반지름의 안쪽 주절삭면(22)의 날끝각(WSPA)이 130~150°(최적 140°정도)일 때, 드릴이 매우 좋은 내구성을 지닌다는 것을 보여주고 있다. 이러한 기하학을 통해 절삭각, 포인트면 그리고 여유면의 마모를 최소화할 수 있다. 내열강(예 42CrMo4)과 같은 매우 높은 인성의 재료들의 절삭을 위해서 반지름의 바깥쪽 주절삭면(24)의 날끝각(WSPA)을 특별히 유용하도록 상한계선(125°)에 근접하도록 생산했다. 절삭각에 영향을 주는 원심력은 이러한 기하학에서는 조절이 용이하여, 높은 인성을 지닌 재료들의 절삭 시 드릴의 수명에 긍정적인 영향을 미치게 된다. 강철-주조재료의 가공을 위해 반지름의 바깥쪽 주절삭면(24)의 날끝각(WSPA)의 수치를 100°으로 정하면 좋은 결과가 보장된다. DIN 1412 실시예D에 따른 날끝 연삭편의 비교에서 이미 드릴 바이트와 절삭각 사이의 축 간격이 확연히 줄었음을 알 수 있다. 이를 통해서 경우에 따라 사용되는 고경도 재료들을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 드릴 바이트의 적절한 위치에 즉, 중심이나 절삭각에 보다 효과적으로 냉각/윤활제를 공급할 수 있게 된다. 이러한 공급은 드릴에 내장형 냉각/윤활로를 설치했을 때 특히 개선될 수 있다.

유용한 설치법에 대해서는 종속항에서 다루어 진다.

청구항 2의 발명을 통해서 드릴 중심부 밖의 주절삭날을 최대한 연장할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이를 통해서 절삭날의 하중 한계를 효과적으로 낮출 수 있게 된다. 이러한 형태를 통해서 드릴 축으로 형성하는 서로 다른 크기의 각도를 지닌 드릴 중심부 밖의 주절삭날의 면들이 대략 같은 크기를 유지하게 되며, 이는 절삭날의 하중을 균일하게 해준다.

드릴 바이트 축 방향의 반지름 안쪽 주절삭면이 드릴 중심에서 눈에 띄게 직각으로 형성하게 되면, 칩 형성은 주조재료를 포함한 절삭이 매우 어려운 금속 재료들의 경우에서 조차도 드릴의 중심부의 절삭력을 보다 조절하기 좋고 드릴의 진동성향을 줄일 수 있게 된다.

청구항 4를 통해서, 주절삭날, 여유면 그리고 포인트면의 마모 감소를 보장할 수 있다.

청구항 5에 따르면, 포인트 씨닝을 교차연삭편의 실시예에 따라 만들 경우 연삭편의 기하학이 보다 단순화될 수 있다. 다시 말해 드릴의 전체 연삭편이 평면을 이루게 되어, 결국 연삭 공구의 단순화 된 직선 운동을 가능케 하는 이점을 지닌다. 이것은 공구기계의 단순한 형태에서 조차도 연삭의 정확성이 개선될 수 있다는 조건을 충족시킨다. 이러한 방법으로 절삭날을 정확히 대칭으로 만드는 것과 데드 센터를 드릴 중심부 근처에서 최소한으로 제한하는 것이 가능해져 드릴의 중심력을 눈에 띄게 향상시킨다.

드릴의 연삭 시 운동성이 단순화되기 때문에 절삭이 어려운 고경도 재료들의 가공 시 즉, 연삭편의 생산 시 이론적인 연삭편-기하학에서 벗어나지 않고 경제적으로 사용할 수 있다.

청구항 6의 발명에 따르면, 각 주절삭면 부분에 절삭날의 여유각을 최적으로 만들 수 있으므로, 재료에 맞는 전체적으로 균일한 보다 개선된 전체 절삭날의 절삭공정을 가능케 해준다. 이러한 방식으로 인해 드릴의 과부하를 피할 수 있게 되며, 드릴의 수명이 전반적으로 개선될 수 있다.

청구항 7에 따른 주여유면의 구성을 통해서 내장형 냉각/윤활제 공급의 경우 냉각/윤활제를 위한 추가적인 여유 공간을 확보하기 위한 조건을 이룰 수 있게 된다. 이 여유공간을 통해서 드릴의 중심부에 위치한 주절삭면을 포함해 주절삭날을 위한 냉각/윤활제의 공급이 훨씬 개선될 수 있다. 이러한 방법은 드릴을 소위 최소량 윤활가공 기술(MML)로 작동할 경우, 특히 이득이 될 수 있다. 최소량 윤활가공 기술을 사용할 경우 실제로 높은 압력과 최소량의 윤활제를 지닌 압축공기 즉, 에어로졸이 내장된 냉각로를 통해 주여유면에서 나와 절삭날을 거쳐 칩플루트를 통해 칩들과 함께 유도된다.

주절삭날의 형태는 절삭이 어려운 재료의 개별적 결합구성에 맞도록 넓은 범위에서 변형 가능하다. 물론 절삭이 매우 어렵고 단단한 주조재료의 가공을 위해 적어도 드릴의 반지름 바깥쪽 주절삭면을 축의 방향으로 볼록하게 만드는 것이 이롭다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다.

내열강-종류와 같이 특히 절삭이 어려운 결합물로 된 재료들의 가공을 위해서 청구항 9의 발명은 특별한 이점이 된다. 유리한 칩 형성을 통해서 이러한 구조를 지닌 절삭날의 마모를 눈에 띄게 줄일 수 있다는 사실은 시험을 통해서 증명된다.

드릴에서 칩 형성과 관련된 절삭의 냉각 및 윤활의 개선은 청구항 10의 발명을 통해 가능하다.

청구항 11에 따르면 내장형 냉각/윤활로에서 나오는 냉각/윤활제를 여유연삭을 거쳐 필요에 따라 그리고 절삭 시 특히 마모가 심한 위치로 유도할 수 있다.

청구항 12에 따르면, 드릴이 절삭각(134) 부분에 그것의 반지름 방향으로 0,05와 0,07xD 확장(ER)하고, 원주방향으로 0,025와 0,035xD 확장(EU)하는 홈을 갖는데, 이를 통해서 칩 형성에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 다시 한번 절삭날의 마모를 줄이는 효과를 갖게 된다. 이때 D는 드릴(10)의 호칭지름을 나타낸다. 이 홈의 구체적인 기하학은 재료에 따라 달라진다.

드릴의 절삭날 부분은 보다 다양하게 구성될 수 있다. 이 드릴은 홈이 파진 공구가 될 수 있다. 드릴의 높은 절삭력 및 뛰어나 절삭 안정성을 위해 나선형의 홈이 있는 공구가 될 수도 있다.

발명에 따른 드릴을 위한 재료로써, 모든 일반적인 공구강들, HSS, HSS-E, HSS-PM, HSS-E-PM, HS6-5-2, HS6-5-3, HS10-4-3, HS2-9-2 또는 HS2-9-1-8과 같은 특별한 고속도강들이 사용될 수 있다. 하지만 또한 드릴 및 칩 형성에 실질적으로 참여하는 드릴의 전체 단면들에 고경도 재료가 유리하게 사용될 수도 있다. 실제로는 유럽의 종래 특허 1 622 735 B1에 설명되고 있는 모든 일반적이고 매우 단단한 고경도 재료들이 사용될 수 있다. 본 출원서의 내용은 이를 통해서 명확하게 본 출원서와 함께 공개되었다. 드릴 전체가 초경합금(VHM)과 같은 고경도 재료로 되어 있다면 특히 진동의 방지 및 가공의 정확성을 상승시키는 보다 큰 안정성을 가져 올 것이다.

또한 발명에 따른 드릴은 특별히 요구되는 부분에 소프트코팅이나 하드코팅과 같은 적절한 코팅도 가능하다. 이와 관련하여 코팅은 출원인이 명명한 대 “A-코팅”, “Super-A-코팅”, “F-코팅”, “P-코팅”, “S-코팅”,“C-코팅” 또는 “M-코팅”으로 분류될 수 있다.

다른 유용한 구성들에 대해서는 나머지 종속항에서 다루고 있다.

다음으로 본 발명의 실시예가 도면을 통해서 보다 자세히 설명된다:

도 1은 멀티엣지 드릴의 한 실시예의 측면도;
도 2는 도 1에 따른 드릴의 확대된 단면도;
도 3은 도 2에 따른 확대 된 도면;
도 4는 도 3의 세부사항 IV의 도면;
도 5는 도 2의 화살표 "V"방향에서 본 드릴의 도면;
도 6는 도 2의 화살표 "VI"방향에서 본 드릴의 도면;
도 7은 도 2의 화살표"VII"방향에서 본 드릴의 도면;
도 8은 포인트 씨닝면과 평행하며, 주절삭날-중심면으로 형성하는 축에서 본 도 2, 도 5~도 7 의 드릴의 전개도;
도 9는 드릴의 또 다른 실시예의 도 3에 해당하는 도면;
도 10은 도 9에 따른 드릴의 도 5에 해당하는 도면;
도 11은 도 9의 세부사항 "X"의 도면;
도 12는 드릴의 또 다른 실시예의 도 9에 해당하는 도면;

도 1 내지 도 8에서의 드릴(10)은 보다 정확하게 말해 양날드릴을 말한다.

이것은 특히 주강, 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 적합하고 GGV 또는 ADI 명칭하의 모터생산에 사용된다. 도 1~도 8에 따른 드릴은 특히 주조재료의 가공에 적합하다.

다음에서는 양날드릴에 대한 설명이 이어진다. 하지만 또한 두 개 이상의 날이 장착될 수 있다는 사실을 여기서 다시 한번 밝힌다. 앞서 이 드릴이 전체적으로 한 개의 재료로, 가능한 고속도강이나 고경도 재료로 만들어진 것이라고 설명했다. 하지만 이 드릴은 또한 여러 가지 재료들로 이루어질 수 있다. 이때 샤프트는 공구강(예: 고속도강)으로 만들어질 수 있으며, 절삭 시 특히 많은 하중을 받는 면은 고경도 재료로 만들어야 한다.

고경도-물질들로는 지금까지 고성능 절삭공구에 자주 사용되던 초경합금, 도성합금 또는 세라믹 재료들과 같은 모든 일반적인 고경도 재료들이 사용될 수 있다.

도 1의 도면에서 자세히 제시되지 않았지만, 드릴(10)은 단면도에서 입구를 알아볼 수 있는 냉각로(12)가 장착되어 있다.

드릴은 한 개의 샤프트(16)와 두 개의 나선형 칩플루트(20)가 있는 절삭부(18)를 지닌다. 도면은 호칭지름 0,8mm의 드릴을 보여준다. 절삭부(18)의 길이(L18)는 이 경우 약 50mm에 해당된다. 샤프트(16)의 길이(L16)은 대략 35mm이다.

발명에 따른 드릴은 주절삭날이 최소 두 개의 서로 다른 날끝각(WSPI와 WSPA)을 규정하는 주절삭면(22와 24)을 지닌 특별한 드릴 바이트의 디자인을 통해서 특징 지어진다. 개별적으로(도 1과 도 5 참조), 반지름 안쪽의 주절삭면(22)의 날끝각(WSPI)은 130°-150° 사이로 정한다. 특히 140°최적이다. 이와 반대로 반지름 바깥쪽 주절삭면(24)의 날끝각(WSPA)는 WSPI의 각보다 확실히 작게 95~115°로 고정한다. 이때 100~110°선호된다. 다음에는 도 2~도 8을 통해 연삭편의 세부사항들이 보다 자세하게 설명된다.

특히 도 3의 도에서 주절삭면(22와 24)이 서로 비슷하게 반지름의 확장을 하고 있다는 것을 알 수 있다. 다시 말해서 주절삭날(22, 24)의 꺾임 부분이 드릴(10)의 축에서 실질적으로 드릴의 호칭지름 D(도 1 참조)의 3분의 1에 해당하는 간격(RK)을 갖는다. 이 간격(RK)은 가능한 0,25 x D ~ 0,4 x D가 되도록 하였으며, 0,30~0,35 x D가 선호된다. 이때 D는 드릴의 호칭지름을 나타낸다.

앞의 도면들에서 볼 수 있듯이, 포인트 씨닝(20)을 지닌 드릴의 중심부는 DIN 1412 실시예C의 교차연삭편에 따라 구성되어, 반지름 안쪽 주절삭면(22)이 두 부분(22A와 22B)으로 나뉜다. 이때 부분(22B)은 부분(22A)의 각에서 중심으로 즉, 드릴(10)의 축(28)으로 형성한다. 도 3에서 나타난 절삭날 부분(22B)와 드릴의 축(28)을 통해 부절삭날의 뒤쪽 모서리로 형성하는 면ERN 사이의 각은 20~25°이다.

도 4에서 가장 잘 알아 볼 수 있는 포인트 씨닝(30)을 통해서 사점(32)을 최소의 길이 대략 100분의 1mm로 줄일 수 있다. 그리고 나서 드릴은 절삭각(34)로부터 거의 드릴 중심 축(28)까지 절삭이동을 할 수 있다. 이를 통해서 드릴의 이송분력은 감소될 수 있다.

도 4에서 결과되는 것처럼 주절삭면(22)의 부분들(22B와 22A) 사이의 교차지점은 라운딩되는데, 그것의 반지름R은 0,15~0,30이나 가급적이면 0,20~0,26xD에 놓는다. 다시 말해 반지름R은 부분들(22A와 22B)사이의 교차지점에 생기는 과부하를 피하기 위해서 보다 효과적일 수 있도록 비교적 큰 수가 된다.

포인트 씨닝(30)은 연삭과정을 위해서 직선 방향으로 움직이는 연마숫돌을 통해서 이롭게 생산될 수 있다. 도 8의 도면에서 이것의 움직임이 수직 방향으로 나타나 있다. 이 도면에서 그에 알맞은 연마숫돌의 단면개요를 볼 수 있다. 즉 연마과정이 이루어지는 연마숫돌의 표면적의 각도(WWS)가 약105°도가 된다. 물론 이러한 면들 사이의 연마숫돌은 날카로운 모서리를 갖지 않는다. 오히려 이러한 모서리는 반지름RSSE를 0,2mm로 할 수 있도록 둥글게 만든다.

포인트 씨닝(30)을 생성하는 연마숫돌을 통해서 한편으로는 포인트 씨닝면(36)과 다른 한편으로는 거기에 연결되는 드릴 중심부의 레이크면(38)이 형성된다. 도 6에 잘 나타나 있는 레이크면(38)은 드릴의 반지름면(40)에 평행하거나 WAN각 약2°정도에 위치한다. 즉, 이것은 네가티브 절삭각을 형성한다.

도 7에서 포인트 씨닝면(36)이 드릴의 축(38)에 비교적 비스듬하게 위치해 있다는 것을 참조할 수 있다. 이때 설치 각은 가급적이면 33-38°에 놓인다.

이로 인해 발명에 따른 드릴의 연삭편은 주여유면(42, 44)이 별도로 두 개의 주절삭면(22와 24)에 정렬되게 한다. 주여유면(42,44)은 가능한 평면으로 이루어져야 하지만, 예를 들면 콘쉘면이나 원뿔면과 같은 구부러진 면으로 이루어질 수도 있다. 도 5에서 여유각(WF22)이 반지름 바깥 주절삭면(24)의 여유각(WF24)와 같게 유지된다는 것을 알 수 있다. 이때 여유각은 약8°정도가 된다.

도 2와 도 3에서 개별적으로 참조할 수 있듯이, 주여유면(42,44)은 각각 두 번째 여유면(46,48)에 연결된다. 여유각(WF46)과 (WF48)은 실질적으로 같은 크기를 갖는다. 그 각도는 약 20°정도이다.

발명에 따른 드릴은 또한 냉각/윤활제공급의 이점을 통해서 특징된다. 14번으로 표시된 입구를 지닌 드릴바들에 내장된 냉각로들은 각 포인트 씨닝면(36)(특히 도 8 참조)으로 자유롭게 연마된다. 여기에 부절삭날이 포함된 반지름면ER의 WE각이 21°도 하에 둥근 연마숫돌의 바깥쪽 원주를 통해 드릴 바이트로 유입된다. 도 2, 도 3, 도 6 및 도 8에서 잘 볼 수 있듯이, 이것은 입구(14)로부터 포인트 씨닝면(36)으로 확장되는 냉각로를 만든다. 냉각로의 넓이 BKA는 내장된 냉각로들의 지름보다 큰 것이 좋고 깊이TKA는 내장된 냉각로 지름의 반 정도에 해당된다.

발명에 따른 드릴은 또한 갖춰진 장비를 고려해 단순한 운동학적 움직임에 제한된 공구기계로 생산 가능하다. 연삭편의 전체 기능면은 평평한 면으로 형성될 수 있다.

단단하고 절삭이 매우 어려운 금속 주조재료들의 이 드릴을 통한 절삭 시도에서 절삭날들이 균일한 하중을 받는다는 것과 이에 상응하여 높은 내구성을 갖고 있다는 것이 밝혀졌다. 그러므로 절삭날들의 꺾임은 최소량 윤활가공기술(MML)의 도움으로 열을 공구로부터 효과적으로 이끄는 짧은 칩들을 생산하는 칩 형성에 긍정적인 영향을 준다.

다음에는 발명에 따른 주강, 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 적합한 드릴의 변형 도 9~도 12와 관련하여 설명된다.

이러한 실시예들의 구성요소들과 세부사항들은 앞서 설명한 실시예의 요소들에 해당하는 비슷한 번호를 가지게 된다. 하지만 “1”또는 “2”가 그 번호 앞에 놓인다.

도 9~ 도 11에서 제시된 드릴(110)은 그것의 설치나 절삭기하학을 고려했을 때 기본적으로 드릴(10)과 일치한다. 하지만 주절삭날, 절삭각의 구성 그리고 날끝각의 형성에서 차이가 난다.

드릴(110)은 다시 주절삭날이 최소 두 개의 서로 다른 날끝각(WSPI와 WSPA)을 규정하는 주절삭면(122와 124)를 지닌 갖도록 생산된다. 개별적으로(도 10 참조) 반지름 안쪽의 주절삭면(122)의 날끝각(WSPI)은 130°-150°사이로 정한다. 특히 140°가 최적이다. 이와 반대로 반지름 바깥쪽 주절삭면(124)의 날끝각(WSPA)은 WSPI의 각보다 확실히 작게 95~130°로 고정한다. 이때 125°가 선호된다. 연삭편(여유면, 사점, 포인트 씨닝)과 관련된 세부상항은 반복을 피하기 위해서 도 2~ 도 8의 설명이 참조 될 수 있다. 이러한 실시예에서도 주절삭날은 포인트 씨닝(136)을 통해서 교정될 수 있다.

도 11에서 볼 수 있듯이, 주절삭날이 첫 번째 실시예와 비교하여 적어도 반지름 바깥 주절삭면(124) 부분에서 약간 오목하게 형성함으로써, 반지름의 절삭각이 주절삭날 전체 길이에 부정적인 결과를 가져오게 된다.

절삭각(134)은 원주방향에서 반지름의 바깥 주절삭면(124)에 한 개의 홈(152)을 만듦으로써 EU정도 뒤로 놓이게 된다. 이 홈(152)은 반지름 방향으로 0,05~0,07xD 부분에서 확장(ER)을, 원주방향EU으로 0,025~0,035xD 부분에서 확장을 한다. 이때 D는 드릴(10)의 호칭지름을 나타낸다.

안쪽 날끝각을 140°로 유지하고, 반지름 바깥 주절삭면의 날끝각(WSPA)을 변화시켰을 때, 지름 7,7mm의 공구로 다음과 같은 변수를 지닌 다양한 드릴링이 시도되었다.

재료: 초경합금 VHM

절삭속도: 120m/min

회전 수: 4960 U/min

이송속도: 992 mm/min

드릴 깊이: 38mm

냉각: 내장형 냉각 MMS

냉각윤활제: 에멀전 8%

압력/용량: 48,5 bar/13,4 l/min

42CrMo4로 만들어진 강도 1000N/mm²의 판에 드릴링이 시도되었고, 이때 공구의 수명Lf이 관찰되었다. 이 시도의 중단의 기준으로 공구의 파손 또는 주절삭면의 마모한계 360㎛이 정해졌다.

그 결과 최고의 수명Lf(in m)은 바깥 날끝각(WSPA)이 115~125°사이일 때 90~110로 나타났다. 여기서 각도가 약125°일 때 마모가 가장 균일하게 이루어졌다. 하지만 날끝각의 한계 수치인 95°또는 130°로도 공구수명 Lf 50 이상을 달성할 수 있었다.

비록 이러한 시도가 초경합금-공구로 이루어졌을지라도, 이를 통해서 드릴의 재료가 HSS 또는 HSS-E와 같은 고속도강이 사용된다면, 발명에 따른 공구 기하학이 매우 개선된 공구수명을 가져 온다는 결론을 내릴 수 있다.

고경도 재료를 사용하면 또 다른 이점이 생긴다. 중심부에 140°와 절삭각으로 연결되는 부분에 95°이상을 지닌 드릴의 이중 날끝각은 고경도 재료 성형제로 된 연삭편의 생산 시 매우 훌륭한 자재 수율을 가능케 한다. 초경합금 또는 도성합금과 같은 값비싼 고경도 재료가 사용될 경우, 이 드릴 자체는 이러한 방식을 통해 경제적으로 생산 가능하다.

도 12와 관련하여 이 드릴의 또 다른 실시예가 설명된다. 이 드릴은 연삭편과 관련하여 앞서 설명한 실시예들의 그것과 일치한다. 절삭에 관련된 드릴(210)의 모든 절삭면들이 절삭 유입 홀더에서 정반대의 절삭으로 수용되는, 예를 들면 분해될 수 있게 고정된 절삭 유입판(260)에 정렬된다는 특징을 갖는다. 이러한 구조는 고속도강이나 고경도 재료와 같은 고강도의 재료로 이루어진 절삭 유입판을 통해서만 가능하며, 이것은 또한 드릴이 보다 큰 지름의 가공을 위해서도 경제적으로 사용될 수 있게 해준다. 내장된 냉각로(214)를 이 실시예에서는 그것들의 입구가 절삭 유입판을 덮지 않게 하기 위해서 원래의 위치에서 약간 이탈시킨다. 앞서 설명한 실시예들의 또 다른 변형형태들에서 내장된 냉각로(214)의 입구들이 개방되도록 연마된 것은 아니다.

물론 발명의 기본 아이디어에서 벗어남 없이 제시된 실시예들의 편차는 가능하다. 예를 들면 각도들을 안에서 밖으로 점차적으로 좁혀 가면서 두 개 이상의 서로 다른 날끝각을 연삭 할 수도 있다.

또한 두 개 이상의 주절삭날을 사용할 수 도 있다. 포인트 씨닝의 종류도 또한 DIN 1412 실시예C에 따른 교차연삭편에 제한되지 않을 수 있다. 교정된 주절삭날의 유무와 상관없이 또 다른 포인트 씨닝들이 사용될 수도 있다. 포인트 씨닝면들로 가볍게 구분 면들이 사용될 수도 있다.

또한 이 드릴은 여러 부분들로 만들어질 수 있다. 예를 들면 샤프트 및 절삭부의 대부분을 HSS 또는 HSS-E와 같은 공구강으로 만들고 드릴은 고경도 재료로 된 절삭부와 결합할 수도 있다.

본 발명은 이로써 특히 주강, 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 적합한 멀티엣지 드릴을 생산 가능케 한다. 이때 연삭편은 주절삭날이 서로 다른 크기의 날끝각을 지닌 최소 두 개의 주절삭면을 갖도록 한다. 드릴의 오랜 사용시 용이한 절삭을 위해, 반지름의 바깥쪽 날끝각이 반지름의 안쪽 날끝각 보다 작아야 한다.

Claims (18)

1. 주조재료를 포함해 절삭이 매우 어려운 재료들의 특별한 가공을 위해,
   연삭편은 주절삭날(22, 24)이 서로 다른 크기의 날끝각(WSPI, WSPA)을 지닌 최소 두 개의 주절삭면(22, 24)을 갖도록 하며,
   멀티엣지 드릴은 반지름의 바깥쪽 날끝각(WSPA)이 반지름의 안쪽 날끝각(WSPI) 보다 작으며, 반지름 바깥쪽 주절삭날(24)의 날끝각(WSPA)이 95~130°(115~125°가장 선호됨)이고 반지름 안쪽의 주절삭날(22)의 날끝각(WSPI)이 130~150°(약 140°선호됨)인 것을 특징으로 하는 드릴.
   
2. 제1항에 있어서, 두 개의 주절삭날(22, 24) 사이에 놓인 주절삭날(22, 24)의 꺽임부(26)가 드릴 축(28)로부터 0,25~0,4xD(0,30~0,35xD가 선호됨)의 간격(RK)을 갖는 것을 특징으로 하는 드릴(이때 D는 드릴(10)의 호칭지름이다).
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 드릴 바이트 축 방향의 반지름 안쪽 주절삭날(22)이 드릴 중심부(28)로 직각으로 형성하는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
4. 제3항에 있어서, 지름의 안쪽 주절삭날(22)의 직각은 반지름이 0,2~0,26xD이고 D가 드릴(10)의 호칭지름인 라운딩현상을 갖는다는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 반지름 안쪽 주절삭날(22)의 드릴 바이트로 직각으로 형성하는 부분(22B)이 교차연삭편 방식으로 포인트 씨닝(30;thining)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 주절삭날(22, 24)에 개별적으로 여유각(WF22, WF24)을 정할 수 있는 주여유면(42, 44)이 정렬되는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
7. 제6항에 있어서, 주절삭날(22, 24)에 정렬된 주여유면들이 주절삭날(22, 24)에 이웃한 면들(42, 44)이 다른 면들(46, 48)보다 작은 절삭각(WF22, WF24)을 갖는 각 두 개의 면들(42, 46과 44, 48)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
8. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 축 방향의 반지름 바깥 주절삭날(22)이 볼록하게 형성하는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
9. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 축 방향의 반지름 바깥 주절삭날(24)이 볼록하게 형성하는 것을 특징으로 하는 드릴.
   
10. 제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 주여유면(46, 48)에서 나타나는 내장형 냉각/윤활로를 통해 것을 특징으로 하는 드릴.
    
11. 제10항에 있어서, 내장된 냉각/윤활로의 각 입구(14)가 칩플루트(20)로 자유롭게 연마되는 것을 특징으로 하는 드릴.
    
12. 제1항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 반지름 바깥쪽 주절삭날(24)이 절삭각(134) 부분에 홈을 갖는데, 그것이 반지름 방향으로 0,05~0,07XD의 확장(ER)을, 원주방향EU으로 0,025~0,035xD의 확장을 하고 이 때 D는 드릴(10)의 호칭지름을 나타내는 것을 특징으로 하는 드릴.
    
13. 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서, 나선형 칩플루트(20)을 특징으로 하는 드릴.
    
14. 제1항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로는 HSS 또는 HSS-E와 같은 고속도강으로 된 것을 특징으로 하는 드릴.
    
15. 제1항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 절삭부가 초경합금(VHM)과 같은 고경도 공구로 이루어진 것을 특징으로 하는 드릴.
    
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 드릴의 절삭날 부분의 재료인 고경도 재료가 미세입자-초경합금인 것을 특징으로 하는 드릴.
    
17. 제1항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 드릴의 절삭날이 HSS, HSSE 또는 초경합금과 같은 고경도 재료로 이루어진 절삭부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 드릴.
    
18. 제1항 내지 제17항중 어느 한 항에 따른 드릴을, 주강, 내열강 또는 주철 및 GGV 또는 ADI-캐스트와 같은 금속의 주조재료가 포함된 높은 인성의 절삭이 쉽지 않은 재료들의 가공에 사용.
    

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